JP4775521B2 - Mold for casting - Google Patents
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Description
本発明は、ダイカスト鋳造などで用いる鋳造用金型に関する。 The present invention relates to a casting mold used in die casting or the like.
従来、アルミニウムなどの非鉄金属からシリンダヘッドやマニホールドなど自動車を構成するエンジン部品を製造するには、ダイカスト鋳造などの金型鋳造法が用いられている。金型鋳造法では、鋳造の際に金型内における溶湯の流れ(湯流れ)が悪くなると、鋳造品に微小な引け、湯じわなどの欠陥を生じやすくなるので、湯流れ性を向上させるために種々の工夫がなされている。前記、湯流れ性を向上させるため方法として、金型の表面(キャビティ面)に凹凸部を形成して溶湯の流れを整流し、溶湯が前記キャビティ面全面に行き渡って流れるようにすることが必要である。
前記キャビティ面に凹凸部を形成することにより溶湯の湯流れ性を向上させる方法として、例えば、特許文献1には、金型のキャビティ面に相互に隣接して広がるように四角形状の型凹部および型凸部を連続的に形成して、湯流れ抵抗の大きい部分と小さい部分とを交互に構成し、この四角形状の型凹部および型凸部の一辺の方向を前記溶融金属の注入方向に対して傾斜させることにより、注入された溶融金属が前記キャビティ内の各部に均一に充填されるようにしたダイカスト成形用の金型が開示されている。
As a method for improving the flowability of the molten metal by forming an uneven portion on the cavity surface, for example, Patent Document 1 discloses that a rectangular mold concave portion and a mold cavity so as to spread adjacent to the cavity surface of a mold. A mold convex part is formed continuously, and a portion having a large molten metal flow resistance and a small part are alternately configured, and the direction of one side of the rectangular mold concave part and the mold convex part is set with respect to the injection direction of the molten metal. A die casting mold is disclosed in which the injected molten metal is uniformly filled in each part of the cavity by tilting the mold.
ここで、上述のような技術では、凹凸部は、キャビティ面を硝酸系腐蝕液などにより腐食することにより凹凸部を形成するシボ加工や放電加工により形成されている。しかし、これらの加工方法では、キャビティ面を加工できる範囲に制約があり、複雑なキャビティ形状を有する金型では、十分な湯流れ性を得ることができないという問題があった。また、シボ加工では、大きさ、深さ、形などが高度に制御された凹凸部を形成することが困難であるため、十分な湯流れ性を得ることができないという問題があった。
また、形成される凹凸部の形状が、角張っているため、鋳造品の金型からの離型時にかじりなどが生じやすく、金型からの離型のしやすさ(離型性)が低下するという問題があった。凹凸部が一方向に方向性を有するような場合には、キャビティ面に塗布し、離型性をよくするための離型剤が、キャビティ面に均一に留まりにくくなるため、離型性が低下するという問題があった。Here, in the technique as described above, the concavo-convex portion is formed by embossing or electric discharge machining that forms the concavo-convex portion by corroding the cavity surface with a nitric acid-based corrosion liquid or the like. However, these machining methods have a problem that the range in which the cavity surface can be machined is limited, and a mold having a complicated cavity shape cannot obtain sufficient molten metal flow. In addition, the texture processing has a problem in that it is difficult to form a concavo-convex portion whose size, depth, shape, and the like are highly controlled, so that sufficient hot water flow cannot be obtained.
In addition, since the shape of the concavo-convex portion to be formed is square, galling or the like is likely to occur when the cast product is released from the mold, and the ease of release from the mold (releasability) is reduced. There was a problem. When the concavo-convex part has directionality in one direction, the release agent for improving the releasability when applied to the cavity surface becomes difficult to stay uniformly on the cavity surface, so the releasability is reduced. There was a problem to do.
そこで、本発明は、湯流れ性が良好であるとともに、離型性に優れ焼付きがし難く、なお且つ耐久性に優れた鋳造用金型を実現することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to realize a casting mold that has good hot metal flowability, excellent mold releasability, is difficult to seize, and has excellent durability.
この発明は、上記目的を達成するための鋳造用金型であって、請求項1に記載の発明では、キャビティ面及び湯道の少なくとも一部に、複数個の第1のディンプルが方向性なく分散して形成されたディンプル領域を備えた鋳造用金型であって、前記第1のディンプルは、深さが半球面状に形成されており、前記第1のディンプルの総数に対する2以上のディンプルが結合した前記第1のディンプルの数の割合で定義される連通率が、80%以上である、という技術的手段を用いる。
ここで、「ディンプル領域」とは、第1のディンプルの最外周を囲んで定義される領域である。The present invention is a casting mold for achieving the above object, and in the invention according to claim 1, a plurality of first dimples have no directionality on at least a part of the cavity surface and the runner. A casting mold having dispersedly formed dimple regions, wherein the first dimple has a hemispherical depth, and two or more dimples with respect to the total number of the first dimples The technical means that the communication rate defined by the ratio of the number of the first dimples connected to each other is 80% or more is used.
Here, the “dimple region” is a region defined surrounding the outermost periphery of the first dimple.
請求項1に記載の発明によれば、鋳造用金型が第1のディンプルがキャビティ面及び湯道の少なくとも一部に、方向性なく均一に分散して形成されたディンプル領域を備え、第1のディンプルを、連通率が80%以上であるように形成することにより、ディンプル領域には、数個の第1のディンプルが結合することによりランダムで方向性がない短い流路が多数形成される。第1のディンプルを経由して流れる溶湯のうち、上述の流路に入り込んだ溶湯は、流れの方向がランダムに変わるため、溶湯をキャビティ内で均一に広げて行き渡らせることができ、湯流れ性を向上させることができる。
湯流れ性が向上することにより、ガスの巻き込みによるピンホール、湯境、湯じわなどの鋳造欠陥を低減させることができる。
更に、第1のディンプルは、半球面状のディンプルに形成されるため、鋳造時にキャビティ面に塗布する離型剤を留まりやすくすることができる。また、シボ加工などで形成されたディンプルと異なり、角のない半球面状に形成することにより、鋳造品の離型時にかじりなどが生じることがなく、鋳造品の離型を容易にし、鋳造品に傷をつけないようにすることができる。According to the first aspect of the present invention, the casting mold includes a dimple region in which the first dimple is formed in the cavity surface and at least a part of the runner and is uniformly dispersed without directivity. By forming the dimples so as to have a communication rate of 80% or more, a number of short flow paths that are random and have no directivity are formed in the dimple region by combining several first dimples. . Among the molten metal flowing through the first dimple, the molten metal that has entered the flow path described above changes in the direction of flow at random, so that the molten metal can be spread and spread uniformly in the cavity. Can be improved.
By improving the hot water flowability, casting defects such as pinholes, hot water boundaries, and hot water wrinkles due to gas entrainment can be reduced.
Further, since the first dimple is formed into a hemispherical dimple, the release agent applied to the cavity surface during casting can be easily retained. In addition, unlike dimples formed by embossing, etc., it is formed into a hemispherical shape without corners, so that no galling or the like occurs at the time of mold release, and the cast product can be easily released. You can avoid scratching.
請求項2に記載の発明では、前記第1のディンプルは、開口部の径が60〜500μm、深さが4〜30μmとなるように形成され、前記第1のディンプルの前記ディンプル領域に対する面積率が50〜90%である、という技術的手段を用いる。 In the invention according to claim 2, the first dimple is formed so that the diameter of the opening is 60 to 500 μm and the depth is 4 to 30 μm, and the area ratio of the first dimple to the dimple region is The technical means is that it is 50-90%.
第1のディンプルは、深さに対して開口部の径が10倍以上の浅い半球面状のディンプルとして形成することが好ましいため、請求項2に記載の発明のように、第1のディンプルは、開口部の径が60〜500μm、深さが4〜30μmとなるように形成し、且つディンプル領域に対する面積率が50〜90%であることが好ましい。さらに、請求項3に記載のように、前記面積率は71〜86%であることがより好ましい。請求項1に記載のように連通率を80%以上にするためには、本項(請求項2)のように発明の面積率を50%以上にすることが好ましく、当該面積率が90%を超えると、第1のディンプルを形成する際に、殆どの第1のディンプルが重なり合ってしまうため形状を半球面状にすることができなくなる。これにより、離型剤を保持しにくくなるので、離型性が悪くなる。また、第1のディンプルの端部が角張った状態となるので、鋳造品の離型時にかじりなどが生じるなどの問題が生ずるため、面積率は90%以下にすることが好ましい。 Since the first dimple is preferably formed as a shallow hemispherical dimple whose opening has a diameter of 10 times or more with respect to the depth, as in the invention according to claim 2, the first dimple is Preferably, the opening has a diameter of 60 to 500 μm and a depth of 4 to 30 μm, and the area ratio with respect to the dimple region is 50 to 90%. Furthermore, as described in claim 3, the area ratio is more preferably 71 to 86%. In order to increase the communication rate to 80% or more as described in claim 1, the area ratio of the invention is preferably set to 50% or more as in this item (claim 2), and the area ratio is 90%. If it exceeds 1, most of the first dimples overlap when the first dimple is formed, and the shape cannot be made hemispherical. Thereby, since it becomes difficult to hold | maintain a mold release agent, mold release property worsens. In addition, since the end portion of the first dimple is in an angular state, problems such as galling occur at the time of mold release of the cast product. Therefore, the area ratio is preferably 90% or less.
請求項4に記載の発明では、前記ディンプル領域に前記第1のディンプルよりも寸法が小さく形成された第2のディンプルが前記第1のディンプルと混在して形成されている、という技術的手段を用いる。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a technical means in which a second dimple having a size smaller than that of the first dimple is formed in the dimple region so as to be mixed with the first dimple. Use.
請求項4に記載の発明では、ディンプル領域に第1のディンプルよりも寸法が小さく形成された第2のディンプルを、第1のディンプルと混在して形成するため、ディンプル領域のうち第1のディンプルが形成されていない部分もキャビティ面の機械加工等による加工痕等をなくして方向性のない表面性状にすることができる。これにより、第1のディンプルと第2のディンプルとをキャビティ面で方向性なく均一に分散させることができるので、該第1のディンプルと第2のディンプルとは、(1)溶湯と接触する金型の表面積が増大することにより溶湯の温度が金型に伝達され易く金型が冷やされ難い、(2)前記凹凸の中でも大きい凹部(第1のディンプル)に形成される空気層が溶湯の温度を低下させない、などの溶湯の保温作用もあり湯流れ性を向上させることができる。また、ディンプル領域のうち第1のディンプルが形成されていない部分にも離型剤を保持しやすくなるので、離型性を向上させることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the second dimple having a size smaller than that of the first dimple is formed in the dimple region in combination with the first dimple, the first dimple in the dimple region is formed. A portion where no slab is formed can be made to have a non-directional surface property by eliminating a machining mark or the like due to machining of the cavity surface. As a result, the first dimple and the second dimple can be uniformly dispersed on the cavity surface without directionality. Therefore, the first dimple and the second dimple are (1) a gold in contact with the molten metal. Due to the increase in the mold surface area, the temperature of the molten metal is easily transmitted to the mold, and the mold is not easily cooled. (2) Among the irregularities, the air layer formed in the large concave portion (first dimple) is the temperature of the molten metal. There is also a warming action of the molten metal, such as not lowering the hot water flow, and the hot water flowability can be improved. In addition, since the release agent can be easily held in the portion of the dimple region where the first dimple is not formed, the releasability can be improved.
請求項5に記載の発明では、前記第2のディンプルは、半球面状で開口部の径が10〜60μm、深さが1〜7μmとなるように形成されている、という技術的手段を用いる。 According to a fifth aspect of the present invention, there is used a technical means that the second dimple is hemispherical and formed so that the opening has a diameter of 10 to 60 μm and a depth of 1 to 7 μm. .
第2のディンプルは、キャビティ面の機械加工等による加工痕等をなくして方向性のない表面性状にするとともに、湯流れ性を向上させるために形成されるものであり、表面粗さを必要以上に大きくしないことが好ましい。例えば、表面粗さRz(十点平均粗さ)が数μm程度にすればよい。第2のディンプルを請求項5に記載の発明のように形成することにより、キャビティ面の機械加工等による加工痕等をなくして方向性のない表面性状にするとともに、湯流れ性を向上させるための微小な凹凸を有する表面形状として好適な形状にすることができる。 The second dimple is formed to eliminate surface traces with no directivity by eliminating machining marks or the like due to machining of the cavity surface, etc., and to improve the hot water flow, and the surface roughness is more than necessary. It is preferable not to make it large. For example, the surface roughness Rz (ten-point average roughness) may be about several μm. By forming the second dimple as in the fifth aspect of the invention, it is possible to eliminate a processing mark due to machining of the cavity surface and the like to obtain a surface property having no directivity, and to improve the flowability of molten metal. It is possible to obtain a shape suitable as a surface shape having minute irregularities.
請求項6に記載の発明では、前記キャビティ面に窒化処理が施されている、という技術的手段を用いる。 The invention according to claim 6 uses a technical means that the cavity surface is nitrided.
請求項6に記載の発明によれば、キャビティ面に窒化処理が施されているので、金型の耐久性を向上させ、金型の寿命を延ばすことができる。 According to the invention described in claim 6, since the nitriding treatment is performed on the cavity surface, the durability of the mold can be improved and the life of the mold can be extended.
請求項7に記載の発明では、前記ディンプル領域は、前記湯道に設けられている、という技術的手段を用いる。 In the invention according to claim 7, the technical means that the dimple region is provided in the runner is used.
請求項7に記載の発明によれば、ディンプル領域が湯道に設けられているため、キャビティ内に溶湯を注湯する際に湯道を溶湯が通過する抵抗を小さくすることができるので、キャビティ内に注入された溶湯の流れが阻害されない。これにより、キャビティ内での溶湯の湯流れ性も向上させることができる。 According to the seventh aspect of the present invention, since the dimple region is provided in the runner, the resistance of the molten metal to pass through the runner can be reduced when the molten metal is poured into the cavity. The flow of the molten metal injected into the inside is not hindered. Thereby, the molten metal flow property in the cavity can also be improved.
請求項8に記載の発明では、前記ディンプル領域は、前記キャビティ面の底面部に設けられている、という技術的手段を用いる。 In the invention according to claim 8, the technical means that the dimple region is provided on the bottom surface of the cavity surface is used.
請求項8に記載の発明によれば、ディンプル領域は、キャビティ面のうち、キャビティ内に注入された溶湯が常時接触する底面部に設けられているため、より効果的に溶湯の湯流れ性を向上させることができる。 According to the eighth aspect of the present invention, the dimple region is provided on the bottom surface portion of the cavity surface where the molten metal injected into the cavity is always in contact, so that the molten metal flows more effectively. Can be improved.
請求項9に記載の発明では、前記ディンプル領域は、前記キャビティ面のうち、金型開閉方向に延びる立ち面部に設けられている、という技術的手段を用いる。 In a ninth aspect of the invention, a technical means is used in which the dimple region is provided on a standing surface portion extending in the mold opening / closing direction in the cavity surface.
キャビティ面のうち金型開閉方向に延びる立ち面部は、離型剤が下方に流れて脱離しやすく、鋳造品の離型時にかじりなどが生じやすい箇所である。請求項9に記載の発明のように、ディンプル領域を、キャビティ面のうち立ち面部に設けることにより、上記問題の発生を抑制することができる。 The standing surface portion extending in the mold opening / closing direction of the cavity surface is a portion where the release agent easily flows down and is detached, and galling or the like is likely to occur when the cast product is released. As in the ninth aspect of the invention, by providing the dimple region on the standing surface portion of the cavity surface, the occurrence of the above problem can be suppressed.
請求項10に記載の発明では、前記ディンプル領域は、前記キャビティ面の凸部分に設けられている、という技術的手段を用いる。 In a tenth aspect of the present invention, technical means is used in which the dimple region is provided on a convex portion of the cavity surface.
キャビティ面の凸部分は、離型剤が脱離しやすく、鋳造品の離型時に焼付きやかじりなどが生じやすい箇所である。請求項10に記載の発明のように、ディンプル領域をキャビティ面の凸部分に設けることにより、上記問題の発生を抑制することができる。 The convex portion of the cavity surface is a portion where the release agent is easily detached and seizure or galling is likely to occur when the cast product is released. As described in the tenth aspect, by providing the dimple region on the convex portion of the cavity surface, the occurrence of the above problem can be suppressed.
請求項12に記載の発明では、前記ディンプル領域は前記キャビティ面の凹部分に設けられている、という技術的手段を用いる。
In the invention described in
請求項13に記載の発明では、前記キャビティ面の凹部分が隅角部である、という技術的手段を用いる。キャビティ面の凹部分は、応力集中する箇所であって、従来ヒートクラックが発生し易い箇所である。特に隅角部は顕著である。請求項12に記載の発明のように、ディンプル領域をキャビティ面の凹部分に設けることにより、前記凹部分の特に隅角部にディンプルが形成されて応力分散される形状となるからヒートクラックの発生を防止することができる。前記凹部分にディンプル領域を設けた場合の前記隅角部の形状は例えば図5(C)に例示されるが、この形状に限定されるのもではない。 The invention according to claim 13 uses technical means that the concave portion of the cavity surface is a corner portion. The concave portion of the cavity surface is a location where stress is concentrated and is a location where heat cracks are likely to occur conventionally. In particular, the corner is remarkable. According to the twelfth aspect of the present invention, since the dimple region is provided in the concave portion of the cavity surface, the dimple is formed in the corner portion, particularly in the corner portion, and the stress is distributed, so that heat cracks are generated. Can be prevented. The shape of the corner when the dimple region is provided in the concave portion is exemplified in FIG. 5C, for example, but is not limited to this shape.
請求項14に記載の発明では、前記第1のディンプルは、ブラスト加工により形成されている、という技術的手段を用いる。
In the invention described in
請求項14に記載の発明のように、第1のディンプルは、ブラスト加工により形成することにより、複雑なキャビティ形状を有する金型のキャビティ面にも形成することができるとともに、ブラスト加工に用いる噴射材や噴射条件などを適宜選択することにより、所望の寸法ならびに面積率、連通率とした第1のディンプルを容易に形成することができる。 According to the fourteenth aspect of the present invention, the first dimple can be formed on a cavity surface of a mold having a complicated cavity shape by forming by blasting, and also used for blasting. By appropriately selecting the material, the injection conditions, etc., the first dimples having the desired dimensions, area ratio, and communication ratio can be easily formed.
請求項11に記載の発明では、前記キャビティ面の凸部分が角部である、という技術的手段を用いる。
前述のようにディンプル領域をキャビティ面の凸部分に設ける手法にブラスト加工法を用いることにより、前記加工面は除去または塑性変形されるので、前記凸部分の角部は面取りされる。金型においてキャビティ面の凸部分の特に角部は、離型剤が付着し難く鋳造品の離型時に焼付きやかじりなどが生じやすい場所であり、またヒートクラックの基点となる場所であるが、ブラスト加工により前記角部が面取りされることで離型剤が付着し易くなり前記焼付きやかじりなどが生じ難くなり、また応力分散される形状となるからヒートクラックの発生が防止される。前記角部の形状は例えば図5(B)に例示されるが、この形状に限定されるものではない。The invention according to claim 11 uses technical means that the convex portion of the cavity surface is a corner.
As described above, by using the blasting method for providing the dimple region on the convex portion of the cavity surface, the processed surface is removed or plastically deformed, so that the corner portion of the convex portion is chamfered. In particular, the corners of the convex part of the cavity surface in the mold are places where the release agent is difficult to adhere, and seizure or galling is likely to occur when the cast product is released, and it is also the place where heat cracks are based. Since the corners are chamfered by blasting, the release agent is easily attached, the seizure and galling are less likely to occur, and the stress is dispersed to prevent the occurrence of heat cracks. The shape of the corner is exemplified in FIG. 5B, for example, but is not limited to this shape.
請求項15に記載の発明では、前記ディンプル領域に前記第2のディンプルが形成されている場合に、前記第2のディンプルは、ブラスト加工により形成されている、という技術的手段を用いる。 The invention according to claim 15 uses a technical means that when the second dimple is formed in the dimple region, the second dimple is formed by blasting.
請求項15に記載の発明のように、第2のディンプルは、ブラスト加工により形成することにより、複雑なキャビティ形状を有する金型のキャビティ面にも形成することができるとともに、ブラスト加工に用いる噴射材や噴射条件などを適宜選択することにより、所望の寸法の第2のディンプルを容易に形成することができる。 According to the fifteenth aspect of the present invention, the second dimple can be formed on the cavity surface of a mold having a complicated cavity shape by being formed by blasting, and also used for blasting. The second dimple having a desired dimension can be easily formed by appropriately selecting a material, injection conditions, and the like.
以上の説明で明らかのように、従来の鋳造用金型においては、約5万個の製品を鋳造すると焼付きやヒートクラックが発生して補修を必要とし、時には再窒化処理も必要な場合があるが、本願発明のブラスト加工法を施した鋳造用金型は、キャビティ面の凸部分の角部および凹部分の隅角部にもディンプルが形成され面取りがされて応力分散された形状となるとともに、従来、離型材が付着し難かったキャビティ面の立ち面部や凸部分の角部にも容易に付着させることができ、また離型材の保持力も増大させることができるから、10万個の製品を鋳造しても良好な湯流れ性を持続させることができ、焼付きやヒートクラックが発生せず再窒化処理も必要とせず、耐久性に優れた鋳造用金型を提供することができる。 As is clear from the above description, in the conventional casting mold, when about 50,000 products are cast, seizure and heat cracks occur and repair is required, and sometimes renitriding is also required. there is, blasting method casting mold which has been subjected to the present invention, dimples are formed in corners of the corners and concave portion of the convex portion fraction of the cavity surface is chamfered stress distribution shape together comprising, conventionally, also it can be easily attached to the corners of the standing surface portion and the convex portion fraction of the cavity surface was then hardly adhered release material, also the holding force of the release material also can be thereby increased, 100,000 Providing a casting mold with excellent durability that can maintain good hot-water flow properties even when casted products, does not cause seizure or heat cracks, and does not require renitriding. it can.
本発明の鋳造用金型について、キャビティ面の底面部に第1のディンプルが形成されたディンプル領域を備えた金型を例に図を参照して説明する。 The casting mold of the present invention will be described with reference to the drawings, taking as an example a mold having a dimple region in which a first dimple is formed on the bottom surface of the cavity surface.
本実施形態の鋳造用金型は、例えばアルミニウム合金等のダイカスト鋳造に用いられる鋳造用金型である。図1では、金型10を開いた状態であり、片側のみを示している。図1に示すように、金型10は、キャビティ11の底面部11aに第1のディンプル12と第2のディンプル13とからなるディンプル領域Dを備えている。ここで、ディンプル領域Dは、第1のディンプル12の最外周を囲む領域であり、本実施形態では、底面部11aのほぼ全面に形成されている。
The casting mold of this embodiment is a casting mold used for die casting of aluminum alloy or the like, for example. In FIG. 1, the
第1のディンプル12は、深さが浅い半球面状のディンプルに形成されており、ディンプル領域D内に方向性なく均一に分散して形成されている。ディンプル領域Dには、1つの半球面状の第1のディンプル12である単独ディンプル12aと、複数の第1のディンプル12が結合して短い流路を形成する結合ディンプル12bとが混在して形成されている。
The first dimples 12 are formed as hemispherical dimples having a shallow depth, and are uniformly dispersed in the dimple region D without directivity. In the dimple region D, a
ここで、単独ディンプル12aの数がA個、結合ディンプル12bを構成する第1のディンプル12の数がB個である場合に、B/(A+B)、つまり、第1のディンプル12の総数に対する2以上のディンプルが結合した結合ディンプル12bを構成する第1のディンプル12の数の割合により「連通率」を定義する。
Here, when the number of the
金型10のディンプル領域Dに、前記定義した連通率が80%以上であるように第1のディンプル12が方向性なく均一に分散して形成することにより、ランダムで方向性がない短い流路となる結合ディンプル12bが多数形成される。図2に模式的に示すように、湯道14を経て注湯口14aからキャビティ内に注入された溶湯は、その多くが結合ディンプル12bに入り込む。結合ディンプル12bに入り込んだ溶湯は図中矢印により示すように、流れの方向がランダムに変わるため、溶湯をキャビティ内で均一に広げて行き渡らせることができるから、湯流れ性を向上させることができ、ガスの巻き込みによるピンホール、湯境、湯じわなどの鋳造欠陥を低減させることができる。
By forming the
第1のディンプル12は、半球面状のディンプルに形成されるため、鋳造時にキャビティ面11に塗布する離型剤を留まりやすくすることができる。また、シボ加工などで形成されたディンプルと異なり、角のない半球面状に形成することにより、鋳造品の離型時にかじりなどが生じることがなく、鋳造品の離型を容易にし、鋳造品に傷をつけないようにすることができる。
Since the
上述の効果を更に有効に奏するためには、第1のディンプル12は、深さに対して開口部の径が10倍以上の浅い半球面状のディンプルとして形成することが好ましく、開口部の径が60−500μm、深さが4−30μmであり、ディンプル領域Dに対する面積率が50〜90%であるように形成することが好ましい。
また、連通率を80%以上にするためには、面積率を50%以上にする必要があるが、該面積率を90%以上にすると、殆んどの第1のディンプル12が重なり合った状態となり、該第1のディンプル12の形状を半球面状にすることができなくなるから、離型剤が保持し難くなり離型性が悪くなる。また、第1のディンプル12の端部が角張った状態となるので、鋳造品の離型時にかじりなどが生じるなどの問題が発生するから、面積率は90%以下にすることが好ましい。In order to achieve the above-described effects more effectively, the
In order to increase the communication rate to 80% or more, the area rate needs to be 50% or more. However, when the area rate is 90% or more, most of the
第2のディンプル13は、第1のディンプル12よりも寸法が小さく形成されており、ディンプル領域Dに混在して形成されている。本実施形態では、図1(C)に示すように、第2のディンプル13は、ディンプル領域Dのうち、第1のディンプル12が形成されていない領域に形成されている。
The
このように第2のディンプル13が形成されているため、ディンプル領域Dのうち第1のディンプル12が形成されていない部分もキャビティ面11の機械加工等による加工痕等をなくして方向性のない表面性状にすることができる。これにより、第1のディンプル12と第2のディンプル13とをキャビティ面11で方向性なく均一に分散させることができ、該第1のディンプル12と第2のディンプル13により形成された凹凸により、さらに、(1)溶湯と接触する金型の表面積が増大することにより溶湯の温度が金型に伝達され易く金型が冷やされ難い、(2)前記凹凸の中でも大きい凹部(第1のディンプル12)に形成される空気層が、溶湯の温度を低下させない、などによる溶湯の保温作用もあるから湯流れ性を向上させることができる。また、ディンプル領域Dのうち第1のディンプル12が形成されていない部分にも離型剤を保持し易くするので、離型性を向上させることができる。
Since the
上述の効果を更に有効に奏するためには、第2のディンプル13は、表面粗さを必要以上に大きくしないことが好ましい。例えば、表面粗さRz(十点平均粗さ)が数μm程度にすればよい。第2のディンプル13を半球面状で開口部の径が1−60μm、深さが0.1−7μmとなるように形成することにより、キャビティ面11の機械加工等による加工痕等をなくして方向性のない表面性状にするとともに、湯流れ性を向上させるための微小な凹凸を有する表面形状として好適な形状にすることができる。
In order to achieve the above-described effect more effectively, it is preferable that the
上述の実施形態では、第2のディンプル13は、ディンプル領域Dのうち、第1のディンプル12が形成されていない領域に形成されているが、他の実施形態として、図3に示すように、第1のディンプル12の内部にも形成することができる。鋳造する製品の形状、つまりキャビティ面11の形状の違いによって溶湯の湯流れ状態が変化するから、その違いに適合した表面性状を選択すればよい。
In the above-described embodiment, the
キャビティ面11に湯流れ性を阻害する機械加工等による大きな加工痕等がない場合には、ディンプル領域Dに第2のディンプル13を形成しなくてもよい。また、第2のディンプル13は、キャビティ面11の機械加工等による加工痕等を除去するために、ディンプル領域D以外の領域にも形成することができる。
When the
金型10のキャビティ面11は、ディンプル領域Dを形成した後に熱処理して表面改質する、あるいは窒化処理等により被膜を形成してもよい。これにより、金型10の耐久性を向上し、鋳造用金型の寿命を延ばすことができる。また、ディンプル領域Dを形成する前に、熱処理して表面改質する、あるいは窒化処理等により被膜を形成してもよいが、この場合、第1のディンプル12、第2のディンプル13を形成する際に被膜などが損傷しないように球状の噴射材を用い、形成条件を適宜設定することが好ましい。
The
上述の第1のディンプル12及び第2のディンプル13を形成する工程の一例を以下に示す。
An example of the process for forming the
まず、ディンプル領域Dを形成する領域全域に第2のディンプル13を形成する。第2のディンプル13の形成は、金型10の構成材料の硬度以上の硬度を有する材料からなる噴射材を用いて、キャビティ面11にブラスト加工を施すことにより行う。第2のディンプル13は、必要以上に表面粗さを大きくしないことが好ましく、例えば、表面粗さRz(十点平均粗さ)が数μm程度のキャビティ面11を形成するとよい。
First, the
このようなキャビティ面11を形成するためには、噴射材には下記の特性が要求される。まず、金型10の構成材料の硬度以上の硬度を有することが必要である。鋳造用金型の材料として、例えば、アルミニウム合金等のダイカスト鋳造に用いられる熱間金型用合金工具鋼SKD61(JIS G 4404)などが挙げられる。これらの材料には、ビッカース硬度Hvが500程度と高硬度のものもあり、ビッカース硬度Hvが500以上、好ましくは700以上の高硬度の噴射材を用いることが好ましい。
In order to form such a
また、表面粗さRzが数μm程度のキャビティ面11を形成するためには、噴射材の粒径は10μm〜100μm程度であることが好ましい。
In order to form the
噴射材の形状は、不定形、球形、その他の形状のものを用いることができるが、不定型の噴射材を用いるとその研削作用がはたらき、キャビティ面11を研削して金型10の寸法精度が低下するおそれがあるため、ディンプルの形成には、主に塑性変形作用を有する球形の噴射材を用いることが好ましい。また、球形の噴射材を用いると、残留応力の付与によるピーニング効果を奏することもでき金型10の寿命も向上させることができる。
The shape of the injection material can be indefinite, spherical, or other shapes, but if an indeterminate type of injection material is used, its grinding action will work, and the
上述のような特性を満足する噴射材としては、例えば、本発明の出願人が先に出願した特開2002−80949号(特許第4317930号)公報、特開2005−76083号公報に記載の鉄系アモルファス球形粒子等を好適に用いることができる。 Examples of the injection material that satisfies the above-described characteristics include, for example, irons described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-80949 (Japanese Patent No. 4317930) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-76083, which were previously filed by the applicant of the present invention. System amorphous spherical particles and the like can be suitably used.
続いて、第2のディンプル13の上に第2のディンプル13より大きな半球面状の第1のディンプル12を混在させて形成する。第1のディンプル12の形成は、金型10の構成材料の硬度以上の硬度を有する材料からなり、第2のディンプル13の形成に用いた噴射材より粒径が大きな球形の噴射材を用いて、ディンプル領域Dを形成する領域にブラスト加工を施すことにより行う。
ここで、第1のディンプル12は、連通率が80%以上であるように形成する。Subsequently, the
Here, the
このような第1のディンプル12は、深さに対して開口部の径が10倍以上の浅い半球面状のディンプルとして形成することが好ましく、そのため、噴射材の粒径は100μm〜1000μm程度であることが好ましい。また、第1のディンプル12のディンプル領域Dに対する面積率は50〜90%が好ましく、70%程度とすることが更に好ましい。
Such a
上述のようにキャビティ面11にディンプル領域Dが形成された金型10を用いて、ダイカスト鋳造を行うには、まず、金型10のキャビティ面11に、窒化ホウ素などの離型剤を塗布する。続いて、キャビティにアルミニウム合金等の溶湯を注湯する。そして、溶湯が凝固して成形された成形品を押出しピンなどにより金型から押し出して離型する。
In order to perform die casting using the
ここで、ディンプル領域Dが、第2のディンプル13と第1のディンプル12とが混在する面として形成されているため湯流れ性が良好で、第1のディンプル12の離型剤の保持力が良好で離型性に優れているので、ピンホール、湯じわなどの欠陥が生じない良好な鋳造品を製造することができる。また、第1のディンプル12と第2のディンプル13は、ブラスト加工により形成すると、複雑なキャビティ形状を有する金型のキャビティ面に対しても容易に形成することができる。
Here, since the dimple region D is formed as a surface in which the
ディンプル領域Dの形成位置は、ブラスト加工により形成すると、湯流れ性、離型性を向上させようとする任意の位置に容易に形成することができる。例えば、図4に示すように、底面部11a以外にも、キャビティ内に溶湯を注入する経路である湯道14や金型10の開閉方向に延びる立ち面部11b、キャビティ面11の凸部分11cなどに形成することができる。
ディンプル領域Dを湯道14に形成すると、キャビティ内に溶湯を注湯する際に湯道を溶湯が通過する抵抗を小さくすることができるので、キャビティ内に溶湯が注入される流れが阻害されない。これにより、キャビティ内での溶湯の湯流れ性も向上させることができる。立ち面部11bは、離型剤が下方に流れて脱離しやすいとともに、鋳造品の離型時にかじりなどが生じやすい箇所である。ディンプル領域Dを立ち面部11bに設けることにより、上記問題の発生を抑制することができる。
キャビティ面11の凸部分11cは、離型剤が脱離しやすく、鋳造品の離型時にかじりなどが生じやすく、またヒートクラックが発生しやすい箇所である。ディンプル領域Dを凸部分11cに設けることにより、かじりなどの発生を抑制することができる。また図5に示すようにこの際、凸部分の角部11dは面取りされ、鋭角面が除去されるため、前記角部11dへの鋳物製品の溶着とその鋳物製品の欠肉現象を防止、およびヒートクラックの発生を防止することができる。
また、キャビティ面11の凹部分、特に隅角部はヒートクラックが発生しやすい箇所である。ディンプル領域Dを凹部分に設けることで、前記凹部分の隅角部11eにもディンプルが形成されて応力が分散する形状となり、ヒートクラックの発生を防止することができる。
ディンプル領域Dは、湯流れ性、離型性が向上させること必要な箇所だけに形成することにより、鋳造品の表面粗さを小さくすることができ、製品の外観特性を向上させることできる。例えば、底面部11aに形成する場合、注湯口14a近傍に形成すると、より効率よく溶湯を広げて湯流れ性を向上させることができる。
また、ディンプル領域Dの第1のディンプル12と第2のディンプル13により形成される凹凸の作用効果は、さらに(1)溶湯と接触する金型の表面積が増大することにより溶湯の温度が金型に伝達され易く金型が冷やされ難い、(2)前記凹凸の中でも大きい凹部に形成される空気層が、溶湯の温度を低下させない、などによる溶湯の保温作用もあるから、湯流れ性を向上させることができる。When the dimple region D is formed by blasting, it can be easily formed at any position where the hot-water flow property and the release property are to be improved. For example, as shown in FIG. 4, in addition to the
When the dimple region D is formed in the
The
Further, the concave portion of the
By forming the dimple region D only at a location where it is necessary to improve the molten metal flow and mold release properties, the surface roughness of the cast product can be reduced, and the appearance characteristics of the product can be improved. For example, when forming in the
In addition, the effect of the unevenness formed by the
(実施例1)
本実施例では、ディンプル領域Dを形成した鋳造用金型により薄板材を鋳造し、第1のディンプル12の連通率が鋳造品の良否に及ぼす影響を確認した。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。Example 1
In this example, a thin plate material was cast with a casting mold in which the dimple region D was formed, and the influence of the communication rate of the
本実施例で用いた金型は、合金工具鋼SKD61(硬度はHv470〜500)からなるものであり、キャビティ面11には、まず、第2のディンプル13を形成した。第2のディンプル13は、重力式のブラスト装置『マイブラスト』TM(新東工業株式会社製MY−30A)を用い、硬さがHv900、平均粒径が50μmの球形状のアモルファス粒子『アモビーズ』TM(新東工業株式会社製AM−50)を、噴射圧0.3MPa、噴射距離100mm、ノズル角度90°の条件で10秒間噴射することにより形成した。The mold used in this example is made of alloy tool steel SKD61 (hardness is Hv 470 to 500). First, the
続いて、面積率を変えて第1のディンプル12を形成し、ディンプル領域Dを形成した。本実施例では、キャビティ面11全面をディンプル領域Dとした。第1のディンプル12は、直圧式のブラスト装置(新東工業株式会社製MY−30AP)を用い、硬さがHv700、粒径が600μmの球形状のスチールショット(新東工業株式会社製SB−6PH)を、噴射圧0.5MPa、噴射距離100mm、ノズル角度90°の条件で噴射することにより形成した。
Subsequently, the
これにより、ディンプル領域Dは、第2のディンプル13と深さが浅い半球面状の第1のディンプル12とが均一に分散して混在するものとして形成することができた。第1のディンプル12の深さは約13μm、開口部の径が240μm程度の浅い半球面状であった。
As a result, the dimple region D can be formed in such a manner that the
第1のディンプル12を形成する際の噴射時間によりディンプル領域に対する面積率を制御することが可能であり、面積率が28〜97%の間の5水準の金型10と、比較のため、第1のディンプル12を形成しない(面積率0%)の金型10とを作製した。
The area ratio with respect to the dimple region can be controlled by the injection time when forming the
ここで、面積率は、CCDカメラによりディンプル領域を撮影し、得られた画像に二値化処理を施した二値化画像を用いて算出した。また、連通率は、CCDカメラにより得られた画像から、ディンプルの総個数及び隣り合うディンプル同士が繋がっている元のディンプル個数を計数してその比から算出した。 Here, the area ratio was calculated using a binarized image obtained by photographing a dimple region with a CCD camera and binarizing the obtained image. Further, the communication rate was calculated from the ratio obtained by counting the total number of dimples and the original number of dimples connecting adjacent dimples from the image obtained by the CCD camera.
6種類の金型10を用いて、鋳造実験を行い、第1のディンプル12の連通率が鋳造品の良否に及ぼす影響を確認した。注湯金属は、アルミニウム合金(ADC12:密度2.72g/cm3)を使用し、溶湯温度700℃、型温300℃でキャビティ内に注湯した。鋳造品を離型後に良否判定を行った。Casting experiments were performed using six types of
金型の良否判定は、一定量の鋳造品を製造した場合に、本願発明の金型を用いて製造した鋳造品の不良品の個数Aをディンプル領域Dが形成されていない金型を用いて製造した鋳造品の不良品の個数Bで除した割合(A/B)により判定した。この値が小さいほど改善効果が高いと判断することができ、判定基準を以下のように設定した。 In the determination of the quality of the mold, when a certain amount of cast product is manufactured, the number A of defective products of the cast product manufactured using the mold of the present invention is calculated using the mold in which the dimple region D is not formed. The ratio was determined by the ratio (A / B) divided by the number B of defective castings produced. It can be determined that the smaller the value is, the higher the improvement effect is, and the determination criteria are set as follows.
○: A/B = 50%未満
△: A/B = 50〜90%
×: A/B = 90%超○: A / B = less than 50% Δ: A / B = 50-90%
×: A / B = over 90%
図6に示すように、面積率が大きい程、複数個のディンプルが結合した結合ディンプル12bの数が増大し、連通率が大きくなった。面積率が50%以上になると連通率は80%以上となった。
As shown in FIG. 6, the larger the area ratio, the greater the number of coupled
鋳造品の良否判定結果は、面積率が50%未満(0%、28%)の場合と、面積率が90%を超えた(97%)場合とでは、×または△であり、ディンプル領域Dを形成することによる大きな改善効果が認められなかった。面積率が50%未満(0%、28%)の場合の鋳造不良は、ふくれ、皮メクレ、湯じわ、湯境、焼付き等であり、湯流れ性の不足に起因するものであった。面積率が90%を超えた場合の鋳造不良は、かじりなど離型性が悪くなることに起因するものであった。
一方、面積率が50%、71%、86%、つまり、連通率が80%以上の金型10を用いた場合には、鋳造品の良否判定結果は○であった。
これにより、ディンプル領域Dにおいて、第1のディンプル12を連通率が80%以上、つまり、面積率が50〜90%であるように形成することにより、従来の加工によるキャビティ面を有する金型に比べて、湯流れ性及び離型性が向上することが確認された。The result of the quality determination of the cast product is x or Δ when the area ratio is less than 50% (0%, 28%) and when the area ratio exceeds 90% (97%), and the dimple region D There was no significant improvement effect due to the formation of. Casting defects when the area ratio is less than 50% (0%, 28%) are blistering, skin peeling, hot water wrinkles, hot water boundaries, seizures, etc., which are caused by insufficient hot water flow. . The casting failure when the area ratio exceeded 90% was caused by poor release properties such as galling.
On the other hand, when the
As a result, in the dimple region D, the
(実施例2)
合金工具鋼SKD61にブラスト加工を行い、第1のディンプル12及び第2のディンプル13の深さと開口部の径との関係を調査した。第1のディンプル12は、平均粒径が100、600、1000μmの3種類の鋼球からなる噴射材(スチールショット)を、噴射圧0.5MPa、噴射距離100mm、ノズル角度90°の条件で噴射することにより形成した。第2のディンプル13は、平均粒径が50、100μmの球形状のアモルファス粒子及び平均粒径が20μmの球形状のアルミナ粒子からなる噴射材を、上記同条件で噴射することにより形成した。断面写真から測定したディンプルの深さと開口部の径との関係を表1に示す。(Example 2)
The alloy tool steel SKD61 was blasted, and the relationship between the depth of the
表1より、平均粒径が100〜1000μmの噴射材を用いたブラスト加工により、開口部の径が75〜380μm、深さが5〜21μmの第1のディンプル12が、平均粒径が20〜100μmの噴射材を用いたブラスト加工により、開口部の径が12〜61μm、深さが1〜7μmの第2のディンプル13が形成できることが確認された。
From Table 1, the
[実施形態の効果]
本発明の金型10によれば、金型10のキャビティ面11及び湯道14の少なくとも一部に、第1のディンプル12が方向性なく均一に分散して形成されたディンプル領域Dを備えており、該ディンプル領域Dに、第1のディンプル12をその連通率が80%以上であるように形成することにより、ランダムで方向性がない短い流路となる第1のディンプル12の結合ディンプル12bが均一に多数分散して形成される。該第1のディンプル12の結合ディンプル12bを経由して流れる溶湯のうち、上述の流路に入り込んだ溶湯は、流れの方向がランダムに変わるため、溶湯をキャビティ内で均一に広げて行き渡らせることができ、ディンプル領域Dに形成された凹凸により、さらに(1)溶湯と接触する金型の表面積が増大することにより溶湯の温度が金型に伝達され易く金型が冷やされ難い、(2)前記凹凸の中でも大きい凹部に形成される空気層が、溶湯の温度を低下させない、などの溶湯の保温作用もあるから、湯流れ性を向上させることができる。
湯流れ性が向上することにより、ガスの巻き込みによるピンホール、湯境、湯じわなどの鋳造欠陥を低減させることができる。
更に、第1のディンプル12は、半球面状のディンプルに形成されるため、鋳造時にキャビティ面11に塗布する離型剤を留まりやすくすることができる。また、シボ加工などで形成されたディンプルと異なり、角のない半球面状に形成することにより、鋳造品の離型時にかじりなどが生じることがなく、鋳造品の離型を容易にし、鋳造品に傷をつけないようにすることができる。[Effect of the embodiment]
According to the
By improving the hot water flowability, casting defects such as pinholes, hot water boundaries, and hot water wrinkles due to gas entrainment can be reduced.
Furthermore, since the
ディンプル領域Dに第1のディンプル12よりも寸法が小さく形成された第2のディンプル13を、第1のディンプル12と混在して形成するため、ディンプル領域Dのうち第1のディンプル12が形成されていない部分もキャビティ面11の機械加工等による加工痕等をなくして方向性のない表面性状にすることができる。これにより、第1のディンプル12と第2のディンプル13とをキャビティ面11で方向性なく均一に分散させることができ、また、ディンプル領域Dに形成される凹凸により、さらに(1)溶湯と接触する金型の表面積が増大することにより溶湯の温度が金型に伝達され易く金型が冷やされ難い、(2)前記凹凸の中でも大きい凹部に形成される空気層が、溶湯の温度を低下させない、などの溶湯の保温作用もあるから、湯流れ性を向上させることができる。
また、ディンプル領域Dのうち第1のディンプル12が形成されていない部分にも離型剤を保持しやすくなるので、離型性を向上させることができる。Since the
In addition, since the release agent can be easily held in the portion of the dimple region D where the
キャビティ面11に窒化処理を施した場合には、金型10の耐久性を向上させ、金型寿命を延ばすことができる。
When the
第1のディンプル12及び第2のディンプル13は、ブラスト加工により形成することにより、ディンプル領域Dを、湯流れ性が要求される湯道14、底面部11a、立ち面部11bや離型剤が脱離しやすく、鋳造品の離型時にかじりなどが生じやすいキャビティ面11の凸部に形成することができるので、一層湯流れ性及び離型性を向上させることができる。また、複雑なキャビティ形状を有する金型のキャビティ面にも形成することができるとともに、ブラスト加工に用いる噴射材や噴射条件などを適宜選択することにより、所望の寸法、面積率のディンプルを容易に形成することができる。
The
[その他の実施形態]
上述した実施形態では、主にダイカスト鋳造に用いる金型について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、低圧鋳造、吸引差圧鋳造など各種鋳造法に用いられる金型に対して適用することができる。[Other Embodiments]
In the embodiment described above, the mold mainly used for die casting has been described. However, the present invention is not limited to this, and for the mold used for various casting methods such as low pressure casting and suction differential pressure casting. Can be applied.
この出願は、日本国で 2009年8月8日に出願された特願2009−185341号及び2009年11月27日に出願された特願2009−269666号に基づいており、その内容は本出願の内容として、その一部を形成する。
また、本発明は本明細書の詳細な説明により更に完全に理解できるであろう。しかしながら、詳細な説明および特定の実施例は、本発明の望ましい実施の形態であり、説明の目的のためにのみ記載されているものである。この詳細な説明から、種々の変更、改変が、当業者にとって明らかだからである。
出願人は、記載された実施の形態のいずれをも公衆に献上する意図はなく、開示された改変、代替案のうち、特許請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないものも、均等論下での発明の一部とする。
本明細書あるいは請求の範囲の記載において、名詞及び同様な指示語の使用は、特に指示されない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、単数および複数の両方を含むものと解釈すべきである。本明細書中で提供されたいずれの例示または例示的な用語(例えば、「等」)の使用も、単に本発明を説明し易くするという意図であるに過ぎず、特に請求の範囲に記載しない限り本発明の範囲に制限を加えるものではない。This application is based on Japanese Patent Application No. 2009-185341 filed on August 8, 2009 and Japanese Patent Application No. 2009-269666 filed on November 27, 2009 in Japan. A part of it is formed.
The present invention will also be more fully understood from the detailed description herein. However, the detailed description and specific examples are preferred embodiments of the present invention and are described for illustrative purposes only. This is because various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art from this detailed description.
The applicant does not intend to contribute any of the described embodiments to the public, and the disclosed modifications and alternatives that may not be included in the scope of the claims are equivalent. It is part of the invention under discussion.
In this specification or in the claims, the use of nouns and similar directives should be interpreted to include both the singular and the plural unless specifically stated otherwise or clearly denied by context. The use of any examples or exemplary terms provided herein (eg, “etc.”) is merely intended to facilitate the description of the invention and is not specifically recited in the claims. As long as it does not limit the scope of the present invention.
10 金型
11 キャビティ面
11a 底面部
11b 立ち面部
11c 凸部分
11d 角部
11e 隅角部
12 第1のディンプル
12a 単独ディンプル
12b 結合ディンプル
13 第2のディンプル
14 湯道
D ディンプル領域
10
Claims (15)
前記第1のディンプルは、半球面状に形成されており、
前記第1のディンプルの総数に対する2以上のディンプルが結合した前記第1のディンプルの数の割合で定義される連通率が、80%以上であることを特徴とする鋳造用金型。A casting mold provided with a dimple region in which a plurality of first dimples are dispersed in a non-directional manner on at least a part of a cavity surface and a runner,
The first dimple is formed in a hemispherical shape,
A casting mold characterized in that a communication rate defined by a ratio of the number of the first dimples in which two or more dimples are combined to the total number of the first dimples is 80% or more.
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